结构中的力是怎么传递的？

我们以一根悬臂梁为例直观地认识刚度在力传递中的作用。

上图是一根悬臂梁，自由端作用一个集中力，我们可以直观地认识到其力流是从A点传递到B点，并进入地面。

如果我们将空气看做一种结构材料（空气不是真空，是一种物质），那么在A点与地面之间充斥着“空气”这种结构材料。理论上力传递到地面的路径有无穷多种，AC、AD都是可能的路径。

那么为什么力会沿着AB传递，而不是沿着AC或AD传递？相信大家都能明白，这是因为空气的刚度非常小，悬臂梁相对于空气的刚度无穷大，所以，力流全部经由悬臂梁传递到地面。

如果在AC之间设置一根弹簧，就会有一部分力沿着弹簧传递到地面。至于是多大的一部分，则是由弹簧和悬臂梁的相对刚度决定的。弹簧相对于悬臂梁刚度越大，力沿着弹簧传递的就越多。假设弹簧的刚度与梁的悬臂刚度相等，那么就有一半的力由弹簧传递。

假设悬臂梁根部是铰接的，那么悬臂梁根部的抗弯刚度就是0。这时，无论弹簧的刚度多大，其相对于梁AB的悬挑刚度都是无穷大，那么力流就会全部沿着弹簧传递到地面。这就变成了一个静定结构。

假设悬臂梁根部还是刚接，AC之间放着一根与悬臂梁一样材料的杆件。这是最接近于实际建筑的情况。力流的传递是由AC杆件的抗压刚度和AB杆件的悬臂刚度决定的。那么，由AC杆件传递的力是k1/(k1+k2)，由AB杆件传递的力是k2/(k1+k2)。

可见，力在结构中的传递路径是遵守刚度分配原则的，哪条路径刚度大，力就沿着哪条路径走。力总是沿着刚度最大的路径传递（不是最短路径哦）。当然，以上这些可以根据变形协调原则通过数学公式推导出来。

弯矩分配法、连续梁两端弯矩的调幅、框架剪力墙结构层间地震剪力在框架和剪力墙中的分配…这些问题都可以用刚度分配原则理解。

刚度与强度的区分

强度跟刚度是两个不同的概念，刚度是内力的分配指标，强度是承受内力能力的指标。两者如果发生错配，用非专业的话来说就是“志大才疏”，活揽了一大推，但干不了。

比如以前采用承重砖墙与钢筋混凝土框架共同工作的结构，地震来了，砖墙截面大，弹性刚度大，吸引了很大部分地震力。但砖墙的强度，特别是抗拉抗剪强度小，结果钢筋混凝土还没发挥作用，砖墙先倒了。

将上文悬臂梁的例子倒过来，如果AB和AC是截面差不多的混凝土构件。吊柱AC的刚度很大（因为AC利用的是其轴向抗拉刚度），力流大量地从吊柱往上传递，而不是沿着AB悬臂梁传递。但是，对于混凝土构件来说，抗拉强度却很小。此时，AC这根构件的强度与刚度是不匹配的。因此，我们就需要在吊柱里面配置钢筋来增大其强度。

结构设计的一个重要主题就是将刚度和强度匹配起来，相当于在结构构件中实现“能者多劳”的分配标准。

设计中强度和刚度是两个变量，我们有时调整强度使其匹配刚度；但有时则调整刚度，比如做铰接（转动刚度为零）、做滑动（平动刚度为零）。

截面对强度和刚度的影响有一定的耦合性，比如上图所示的框架边跨，在仅考虑竖向荷载的情况下，边节点必然有弯矩。若将柱截面加大，柱子越大，刚度越大，梁端（柱顶）的弯矩越大，恶性循环。反而如果把梁梁端做成铰接，柱子可以按照轴压柱设计，其截面可以做的较小。

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